Energieeffizienz : ebm-papst entwickelt Trafokühlung mit Energiespareffekt

Sie stehen in der Wüste oder am Nordpol, und arbeiten im Dauereinsatz. Leistungstransformatoren sind Basis-Komponenten der elektrischen Energieversorgung. Sie wandeln Wechselspannung zwischen verschiedenen Spannungsebenen um und sind deshalb bei Erzeugung, Übertragung und Verteilung von Strom in Kraftwerken, Industriebetrieben und Umspannwerken unverzichtbar. Sie müssen im Freien, bei jedem Wind und Wetter genauso funktionieren wie bei extremen Hitze- oder Kälteschwankungen, tagein, tagaus. Gefährlich aber ist die innere Hitze der Trafos, die gilt es zu beherrschen. „Die an den Kühlsystemen eingesetzten Ventilatoren müssen hier mitspielen“ weiß Andreas Schneider, Projektingenieur bei ebm-papst, aus Erfahrung, „denn Transformatorenausfall hätte fatale Folgen für die Energieversorgung!“ Er ist davon überzeugt, der Erfolg der Kühlung an Groß-Trafos liegt am Ventilator, sonst droht dem Energiewandler der sichere Hitzetod.

Die Frage ist daher: Wie ein Heißlaufen im Trafo verhindern, die Leistung permanent halten - und noch dazu Energie sparen? Drei Themen, drei Fragezeichen, aber ebm-papst hat da die Lösung gefunden. Weg mit der Wärme, ist die erste Konsequenz, aber wie? Meist wird Öl als Kühlmittel eingesetzt, es überträgt die Wärme durch Konvektion - oder unterstützt durch Pumpsysteme - an das Transformatorengehäuse mit seinen Kühlrippen. Bei großen Leistungstransformatoren reicht das allein nicht aus, sie werden zusätzlich mit Ventilatoren gekühlt, um Schäden durch Überhitzung zu vermeiden. Die ebm-papst Gruppe, erfahrener Hersteller von Ventilatoren und Motoren, hat daher spezielle Ventilatoren für Groß-Trafos entwickelt, die neben speziellen Anforderungen an Kühleffekt auch noch den Wunsch nach langer Lebensdauer und hoher Energieeffizienz erfüllen.

Das Geheimnis des Erfolges liegt am „Herz“ des Ventilators, im Motor selbst, der ihn zur Kühlung antreibt. Die Transformatoren-Ventilatoren von ebm-papst werden nämlich mit EC-Motoren betrieben, bürstenlosen Motoren, wobei EC für electronically commutated steht. Andreas Schneider setzt voll auf diese Motorgeneration: „Noch einen Schritt weiter in Richtung Energieeffizienz geht, wer bei den Ventilatoren auf die mittlerweile bewährte GreenTech EC-Technologie setzt“. Dieses Wirkungsprinzip macht sie total flexibel, weil die Drehstrom-Synchronmaschine durch Permanentmagnete erregt wird, was elektronische Regelung zulässt. Der Vorteil: Sparsamer Teillastbetrieb wird möglich, bedarfsangepasst, und damit auch bei geringerem Energieverbrauch. Damit ist ein Energiesparvorteil von bis zu minus 70 Prozent Stromverbrauch beim EC-Motor möglich, verglichen mit dem klassischen Gleichstrommotor mit Bürsten.

Vorteilhaft ist außerdem, dass sich die Kühlleistung bei Lastschwankungen an den tatsächlichen Bedarf gleitend anpassen lässt. Denn plötzlich einzelne Ventilatoren bei Teillastbetrieb des Transformators ganz abzuschalten, bringt Gefahr der Überhitzung, weil dann am Wärmetauscher ungekühlte Hot-Spots entstehen können. Mit EC-Technologie ist jedenfalls ein Einsatz aller Ventilatoren in Teillast möglich. Das verhindert nicht nur gefährliche Hot-Spots, sondern der Motor erwärmt sich generell weniger, die Lebensdauer des Ventilators steigt dadurch. Neben diesem Vorteil ist auch weniger Energie-Input für den Ventilatorlauf notwendig, seine Energieeffizienz steigt. Und die Umwelt kann aufhorchen, denn hohe Laufruhe bei geringer Lärmemission gehören zum Standardrepertoire der intelligenten Trafo-Ventilatoren.

Aerodynamische Optimierungen verringern unerwünschte Luftverwirbelungen und das Betriebsgeräusch bei den Plug & Play-fähigen Kompletteinheiten aus Wandring, HyBlade-Laufrad und GreenTech EC-Motor mit integrierter Elektronik. Was macht aber gerade den Groß-Trafo-Ventilator von ebm-papst so energieeffizient? Andreas Schneider bringt den Spareffekt so auf den Punkt: „Die elektrische Eingangsleistung beträgt nur noch 12,5 %, wenn man die Drehzahl und somit die Luftleistung um 50 % reduziert!“ Und er verweist darauf, dass weniger Drehzahl auch weniger Wärme am Motor entstehen lässt, ein zusätzlicher Energiespareffekt entsteht dadurch: „Bei Kühlanwendungen ist das besonders wertvoll, denn Wärme, die nicht entsteht, muss auch nicht abtransportiert werden.“

FAZIT: Starke EC Ventilatoren für Großtransformatoren-Kühlung von ebm-papst sorgen für hohe Energieeffizienz, vor allem durch Teillastbetrieb: die halbe Luftleistung benötigt nur 12,5% Eingangsleistung - und verhindert Hot-Spots und Heißlaufen des Kühlsystems.